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1、无功补偿在电力系统中的应用摘 要用电管理的意义就是能够给用电客户端提供平稳的电能质量，电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，电压问题本质上就是一个无功问题。解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。根据无功功率的平衡原理, 依据无功补偿的原则, 介绍无功补偿技术对低压电网功率因数的影响。通过无功补偿和电压调节，使无功功率得到了自动实时补偿，实现从离线处理到实时处理, 从就地平衡到全网平衡, 从单独控制到集中控制，避免了人工监视、手
2、动投切的各种弊端。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，可以说，电压问题本质上就是无功问题，解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。关键词: 分析无功功率补偿；实时补偿：现状及发展目 录摘要2目录3引言4第一章公司的无功现状5第二章 无功补偿的概念6第一节 无功补偿的概念6第二节 无功补偿解析7第三节 无功补偿的类型17第三章 无功补偿对低压电网功率因数的影响20第一节 无功补偿的合理配置原则20第二节 影响功率因数的主要原因21第三节 低压配电网无功补偿的方法22第四节 无功功率补偿容量的选择方法23第四章 无功补偿的效益26第五章 10KV高压智能型无功补偿装置
3、31第六章 变电站高压无功补偿电容器装置简介 36第七章 无功补偿在公司范围内的实际运用原则38致谢40参考文献41引言电力系统的各节点无功功率平衡决定了该节点的电压水平，由于当今电力系统的用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备；如感应电机、电冶炼设备等。同时用户中又有大量的对系统电压稳定性有较高要求的精密设备：如计算机，医用设备等。因此迫切需要对系统的无功功率进行补偿。提高功率因数后可以达到节约电能、降低损耗的目的，同时用户也可以减少电费的支出。我国的电价结构包括基本电费、电能电费和按功率因数调整电费三部分。因此，用户通过合理的无功补偿投资，也能获得较好的经济效益。而目前许多农电用户对提高功
4、率因数的重要性认识不足，造成了电能的损失和浪费。传统的无功补偿设备有并联电容器、调相机和同步发电机等，由于并联电容器阻抗固定不能动态的跟踪负荷无功功率的变化；而调相机和同步发电机等补偿设备又属于旋转设备，其损耗、噪声都很大，而且还不适用于太大或太小的无功补偿。所以这些设备已经越来越不适应电力系统发展的需要。 通过论文让大家能够对无功补偿有更深的了解，以及无功功率的补偿方案和功率补偿所带来的经济效益。第一章公司的无功现状公司现有35KV变电站10座，变压器总容量82400千伏安，35KV线路18条，10KV公用线路41条，在2009年前，公司在变电站安装的电容器不足3000千乏，且只为人工投切方
5、式，但从配置来说，远远满足不了要求，在线路中无功补偿安装中，35KV线路基本为零，在10KV线路上只安装了3条线路3组自动无功补偿装置，容量为1200千乏，固定电容器只有750千乏，公变台区几乎没有安装无功补偿装置。从2009年的统计数据来看，35KV线路端的功率因数普遍低于0.95；10KV线路功率因数在0.90.95的不足10条，而这些能达到要求的线路都是专变用户较多且需要执行功率因数考核的线路；在配电变压器中，极大部分台区没有按照要求装设低压无功补偿。从补偿来源看来，基本上35KV线路依靠变电站，10KV线路依靠需要考核功率的因数的用户和小水电站进行补偿。通过不断的建设，目前变电站无功补
6、偿总容量达到了11500千乏，已经基本满足了要求，但是10KV线路无功补偿容量仍然不足，而且配电变压器才开始消除没有无功补偿的空白，需要在今后的规划中不断改进。第二章 无功补偿的概念第一节 无功补偿的概念电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。电网中无功不平衡主要有两方面的原因：一方面是输送部门传送的三相电的质量不高，一方面是用户的电气性能不够好。这两方面的原因综合起
7、来导致了无功的大量存在。在电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最重要的指标。为确保电力系统的正常运行，供电电压和频率必须稳定在一定的范围内。频率的控制与有功功率的控制密切相关，而电压控制的重要方法之一就是对电力系统的无功功率进行控制。现如今大部分用电设备为感性负载，自然功率因数较低，用电设备在消耗有功功率的同时，还需无功功率由电源送往负荷。功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，通过合理采用无功补偿技术，可以减少无功功率在电网中的流动。为了提高企业无功功率补偿装置的经济效益，减少无功补偿的流动，无功补偿应遵循就地补偿，就地平衡的原则，以满足需要。借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，
8、以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。第二节 无功补偿解析1.2.1无功补偿的原则国家电力系统电压和无功电力技术导则规定，无功补偿与电压调节应以下列原则进行。a.总体平衡与局部平衡相结合；b.电力补偿与用户补偿相结合；c.分散补偿与集中补偿相结合；d.降损与调压相结合，以降损为主。无功补偿的技术原则无功补偿应尽量分层(按电压等级)和分区(按地区)补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输（图1-1）无功就地平衡示意图无功补偿设备的优化配置原则为：“总体平衡与局部平衡相结合；供电部门补偿与用户补偿相结合；集中补偿与分散补偿相结合，以分散为主；降损与调压相结合，以降损为主。”无功就
9、地平衡示意图如图1-1所示。1.2.2无功功率平衡欲维持电力系统电压的稳定性，应使电力系统中的无功功率保持平衡，即系统中的无功电源可发出的无功功率应大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。系统中无功功率的平衡关系式如下： Qgc-Qld-Ql=Qr式中 Qgc电源发出的无功功率之和; Qld无功负荷之和; Ql网络中的无功损耗之和; Qr系统可提供的备用无功功率。 Qr0，表示系统中无功功率可以平衡而且有适当的备用；Qr0，表示系统中无功功率不足，此时，为保证系统的运行电压水平，就应考虑加设无功补偿装置。Qgc包括全部发电机发出的无功功率Qg和各种无功补偿装置提供的无功功率Qc，即 Q
10、gc=QgQc1.2.2.1补偿容量不足时的无功功率平衡进行系统无功功率平衡的前提是保持系统的电压水平正常，否则，系统的电压（图1-2）系统无功功率负荷的静态电压特性曲线质量就得不到保证。在图1-4所示的系统无功功率负荷的静态电压特性曲线中，在正常情况下，系统无功功率电源所提供的无功功率Qgcn，由无功功率平衡的条件Qgcn-Qld-Ql=0决定的电压为Un，设此电压对应于系统正常的电压水平。但假如系统无功功率电源提供的无功功率仅为Qgc(QgcQGCN)，此时虽然系统中的无功功率也能平衡，但平衡条件所决定的电压水平为U，而U显然低于UN。在这种情况下，虽然可以采取某些措施，如改变某台变压器的
11、变比来提高局部地区的电压水平，但整个系统的无功功率仍然不足，系统的电压质量得不到全面改善。这种平衡是系统无功功率不足时达到的平衡，是由于系统的电压水平下降，无功功率负荷本身具有的电压调节效应，使全系统的无功功率需求有所下降而达到的。1.2.2.2系统无功功率电源充足时的无功功率平衡在正常情况下(系统电压为额定电压)，如图1-3所示，系统无功电源Q同电压U的关系为曲线1，负荷的无功电压特性为曲线2，两者的交点a确定了负荷节点的电压Ua。（图1-3）系统无功功率电源充足时的无功功率平衡曲线当负荷增加时，如曲线2所示，如果系统的无功电源没有相应增加，电源的无功特性仍然是曲线1，这时曲线1和曲线2的交
12、点a就代表了新的无功功率平衡点，并由此决定了负荷点的电压为Ua，显然Ua 0.9，0.85标准时，a%为负值，当用户cosj 0.9，0.85，标准时，a%为正值，当用户cos = 0.9，0.85，0.80标准时，a% = 0。 奖罚标准如表3所示。表3 a奖罚标准实际功率因素0.9时的a%0.85时的a%0.757.550.795.530.833.510.871.5-0.20.90-0.50.92-0.3-0.80.94-0.6-1.10.95-0.75-1.1举例某一用户的变压器容量为800KVA，月均用电量为250000 kWh，平均功率因数为0.8。若该用户的功率因数标准为0.8，计
13、算该用户补偿到0.92时的经济效益。计算过程如下。3.6.1 计算补偿容量补偿前cos 1= 0.8，tan 1 = 0.75，经补偿后，功率因数为 cos 2 = 0.92，tan 2 = 0.426，由公司Qc=Stan 1- tan 2，解得Qc = 259.2 300（kvar）。3.6.2 补偿前用户的年支出费用基本电费为8002412 = 23.04（万元）；电量电费为25120.612 = 183.6（万元）；用户总支出电费为23.04 + 183.6 = 206.64（万元）。因功率因数不足，需支付功率因数调整电费，根据现行制度，该用户考核功率因数为0.9，但现在只有0.8，需
14、按照电费总金额的4交纳功率因数调整电费，即：功率因数调整电费为206.640.048.27万元；而在调整后功率因数为0.92，按标准可奖励功率因数调整电费奖励资金为206.640.3%=0.62万元。3.6.3无功补偿支出费用无功补偿设备投资为4.16+0.9 = 5.06（万元），补偿后当年经济效益为8.89（万元）。当年即可收回投资，每年奖励功率因数调整电费为为0.62（万元），按照5的折旧算的话，每年由0.367万元的收益，而无功补偿装置的使用寿命按照10年计算的话，可创造3.67万元的收益，。由以上的计算可以看出，无功补偿的效益非常明显，用户投资可在当年左右回收，而且上述计算还没有包括
15、因补偿减少视在功率对用户的收益。用户补偿后也使电网降低了损耗，提高了电压质量。因此，提高功率因数不但为国家节约了电力资源，而且给用户节约了资金，为企业创造了可观的经济效益。第五章 10KV高压智能型无功补偿装置目前国内大部分10 kV 配电线路高压补偿投切电容器都是长期接入, 或按季节投运, 即持续数月保持电容器投入或退出。这种方式仅对用电高峰时段具有积极的节电意义, 但在低谷时段, 会引起无功过剩、电压升高, 出现诸多潜在的不利因素。因此, 对配电系统的无功高压补偿, 采取高性能免维护不重燃真空开关, 以“线路按需”的原则自动投切电容器, 实现无功优化配置就很有必要。具体实施可首先建立配电线
16、路负荷动态监测系统, 实时记录监测点线路电压、电流、无功、有功、视在功率、功率因数等线路参数及其变化规律。然后根据线路实际测录的无功缺口, 配置高压补偿电容器及优良的免维护不重燃真空开关。智能型无功补偿装置的系统构成4.1HVIC 智能型控制器HV IC 智能型控制器是补偿装置的核心, 以微处理器为基础, 具有强大的编程功能, 可通过计算菜单的提示自行设定工作模式, 由RS232 通信口与控制器实行双向数据交换。4.1.1 控制功能基本模式是控制器提供电压、电流、无功、定时、温度及专用无功等6 种基本控制模式, 控制器根据预先设定的参数给真空开关发出合闸或分闸指令。其中,专用无功模式由控制器根据自动检测配电线路电容器投入前后无功的变化, 给出按23 定则的无功投切设定原则。后备模式是控制器执行基本控制模式同时监视后备模式, 实现两种模式的有条件转换; 或基本模式失效时, 自动转入后备模式。后备模式分电压后备, 定时后备和温度后备3 种。例如, 按降低线损的要求设定了电容器按无功投切, 同时严格要求线路电压不能低于某一定值。此时, 可选择无功基本模式+ 电压后备。这样, 在正常情况下系统按无功投切电容器, 但当线路电压低于某一定值时, 系统自动转入后备模式, 即按设定的电压投切电容器。另一种情况, 例如对多电源配电线路改变供电方式时,控